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	<title>GWB &#8211; Raumfahrer.net</title>
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		<title>Die Suche nach einem kosmischen Gravitationswellenhintergrund</title>
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		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Wed, 12 Jan 2022 18:38:00 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>Weltweites Radioteleskop-Netzwerk verstärkt Signal, das auf Gravitationswellen extrem niedriger Frequenz im Nanohertzbereich hinweisen könnte. Eine Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn. Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie. 12. Januar 2022 &#8211; Ein internationales Team von Astronomen, darunter eine Reihe von Wissenschaftlern aus dem Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, gibt die Ergebnisse einer umfassenden Suche nach einem niederfrequenten Gravitationswellenhintergrund [&#8230;]</p>
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<h4 class="wp-block-heading">Weltweites Radioteleskop-Netzwerk verstärkt Signal, das auf Gravitationswellen extrem niedriger Frequenz im Nanohertzbereich hinweisen könnte. Eine Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size wp-block-paragraph">Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignleft size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr12012022aCarlKnoxOzGrav2k.jpg" data-rel="lightbox-image-0" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr12012022aCarlKnoxOzGrav26.jpg" alt=""/></a><figcaption>Die künstlerische Darstellung des IPTA-Experiments zeigt eine Gruppierung von Pulsaren um die Erde, eingebettet in einen Gravitationswellenhintergrund, der von Binärsystemen von supermassereichen schwarzen Löchern herrührt. Die Signale der Pulsare, die mit einem Netz weltweiter Radioteleskope gemessen werden, werden von den Gravitationswellen beeinflusst und ermöglichen die Untersuchung des Ursprungs des Gravitationswellenhintergrunds. Die Entfernungen wurden für die Darstellung verkleinert, vor allem sind die supermassereichen schwarzen Löcher in Wirklichkeit viel weiter entfernt. (Bild: Carl Knox/OzGrav)</figcaption></figure></div>



<p class="wp-block-paragraph">12. Januar 2022 &#8211; Ein internationales Team von Astronomen, darunter eine Reihe von Wissenschaftlern aus dem Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, gibt die Ergebnisse einer umfassenden Suche nach einem niederfrequenten Gravitationswellenhintergrund bekannt. Gravitationswellen mit Wellenlängen von mehreren Lichtjahren im Nanohertzbereich werden von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Sie durchdringen die gesamte Raumzeit und könnten von Verschmelzungen der massereichsten schwarzen Löcher im Universum oder von Ereignissen kurz nach der Entstehung des Universums im Urknall herrühren.<br>Die Ergebnisse werden online in der Fachzeitschrift &#8222;Monthly Notices of the Royal Astronomical Society&#8220; veröffentlicht.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Das „International Pulsar Timing Array“ (IPTA), an dem mehrere Kollaborationen von Astrophysikern aus der ganzen Welt beteiligt sind, präsentiert das Ergebnis seiner Suche nach Gravitationswellen mit einer neuen Datenveröffentlichung unter der Bezeichnung „Data Release 2“ (DR2). Dieser Datensatz besteht aus präzisen Zeitmessdaten von 65 Millisekunden-Pulsaren. Das sind Überreste von massereichen Sternen, die sich Hunderte Male pro Sekunde um die eigene Achse drehen. Sie senden dabei stark gebündelte Radiowellen aus, die aufgrund der Drehung als Pulse sichtbar werden. Die Gesamtdaten setzen sich zusammen aus der Kombination mehrerer voneinander unabhängiger Datensätze des „European Pulsar Timing Array“ (EPTA), des „North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves“ (NANOGrav) und des „Parkes Pulsar Timing Array“ in Australien (PPTA), den drei Gründungsmitgliedern des IPTA.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Im Rahmen der Zusammenarbeit von Teams aus Astronomen, Datenanalysten und Astrophysikern an den größten europäischen Radioteleskopen und mehreren angeschlossenen Forschungsinstituten stellt das „European Pulsar Timing Array“ einen Teil des „International Pulsar Timing Array“ dar und trägt zu diesem bei.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Einer der Hauptschwerpunkte des EPTA liegt in der Kombination von Daten. &#8222;Das European Pulsar Timing Array ist selbst bereits ein internationales Projekt und wir sind es gewohnt, Daten von bis zu fünf verschiedenen Radioteleskopen zu kombinieren und sogar gleichzeitig zu beobachten. Dieses Fachwissen war bei der Erstellung der aktuellen Datenveröffentlichung sehr hilfreich&#8220;, sagt Dr. David Champion vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, Mitglied der EPTA-Kollaboration und Mitautor der Studie. Die große Anzahl von 42 Pulsaren und eine lange Basis von bis zu 18 Jahren für die Zeitreihenuntersuchungen machen einen Großteil der Beobachtungen im Rahmen der Veröffentlichung aus. Die verwendete Bayes&#8217;schen Methodik wurde zum überwiegenden Teil von den Europäern entwickelt, um damit Obergrenzen für die Stärke des Gravitationswellenhintergrunds (GWB) festzulegen und so die Statistik des entstehenden Signals über die Jahre hinweg verstehen zu können.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Suche nach einem Gravitationswellenhintergrund beinhaltet auch einen umfassenden Vergleich der einzelnen Datensätze von den regionalen Kollaborationen mit dem kombinierten Gesamtdatensatz. Diese Suche im Rahmen der vorliegenden Veröffentlichung hat deutliche Hinweise auf ein niederfrequentes Gravitationswellensignal ergeben, das bei vielen der Pulsare in den kombinierten Daten entdeckt wurde. Die Eigenschaften dieses Signals, das bei vielen Pulsaren gemeinsam auftritt, stimmen weitgehend mit dem überein, was man von einem Gravitationswellenhintergrund erwartet. Das Hintergrundsignal setzt sich zusammen aus vielen verschiedenen, sich überlagernden Gravitationswellensignalen, die von einer kosmischen Population supermassereicher binärer Schwarzer Löcher (darunter versteht man zwei supermassereiche Schwarze Löcher, die sich gegenseitig umkreisen und schließlich miteinander verschmelzen werden) ausgesendet werden, ähnlich wie beim Hintergrundrauschen von vielen sich überlagernden Stimmen in einem überfüllten Saal. Das Ergebnis untermauert das allmähliche Auftauchen ähnlicher Signale, die in den letzten Jahren bereits in den einzelnen (Unter-)Datensätzen der beteiligten Kollaborationen gefunden werden konnten.</p>



<p class="wp-block-paragraph">&#8222;Dies ist ein sehr aufregendes Signal! Obwohl wir noch nicht den endgültigen Beweis haben, könnten wir am Anfang davon stehen, einen Hintergrund von Gravitationswellen in den Daten zu entdecken&#8220;, sagt Dr. Siyuan Chen, Mitglied der EPTA- und NANOGrav-Kollaborationen und Leiter der DR2-Suche und Veröffentlichung im Rahmen des „International Pulsar Timing Arrays“. Dr. Boris Goncharov vom australischen „Parkes Pulsar Timing Array“ warnt allerdings vor möglicherweise zu weitgehenden Interpretationen solcher gemeinsamen Signale: &#8222;Wir untersuchen auch alternative Interpretationen. Das Signal könnte zum Beispiel vom Rauschen herrühren, das in den Daten einzelner Pulsare vorhanden ist und in unseren Analysen nicht korrekt modelliert wurde.&#8220;</p>



<p class="wp-block-paragraph">Um den Gravitationswellenhintergrund als Ursprung des niederfrequenten Signals identifizieren zu können, muss das IPTA auch räumliche Korrelationen zwischen den Pulsaren nachweisen. Das bedeutet, dass jedes Paar von Pulsaren in einer ganz bestimmten Weise auf die Gravitationswellen reagieren muss, je nach dem Abstand der beiden Pulsare am Himmel. &#8222;Die Korrelation des Signals zwischen Paaren von Pulsaren ist der Schlüssel zum Verständnis der Signalquelle. Gravitationswellen haben ein sehr spezifisches Muster, das auf andere Weise nur schwer zu erklären ist. Aber wir brauchen ein stärkeres Signal, um diese Korrelation nachweisen zu können&#8220;, erklärt Dr. Yanjun Guo, Wissenschaftlerin am MPIfR. Interessanterweise liegt der erste Hinweis auf einen Gravitationswellenhintergrund in einem gemeinsamen Signal, wie es in den aktuellen IPTA-Daten zu sehen ist. Ob dieses spektral ähnliche niederfrequente Signal zwischen den Pulsaren in Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen für einen Gravitationswellenhintergrund steht, wird in Zukunft geklärt werden mit weiteren Datenerhebungen, erweiterten Netzwerken von systematisch vermessenen Pulsaren und fortgesetzter Suche in größeren Datensätzen, die einen längeren Zeitraum umfassen.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Konsistente Signale wie dasjenige, das jetzt mit der IPTA-Analyse gefunden wurde, sind bereits in einzelnen Datensätzen der Unternetzwerke veröffentlicht worden, die neueren Datums sind als die jetzt veröffentlichen, und zwar von jeder der drei Gründer-Kollaborationen (EPTA, PPTA &amp; NanoGRAV). &#8222;Die Tatsache, dass das gleiche Signal bereits in dem nur über einen kürzeren Zeitraum gehenden IPTA-Datensatz zu sehen ist, zeigt die Stärke der internationalen Kombination und stellt eine große Motivation dar, mehr Daten der aktuellen und neuen Mitgliederkollaborationen in das Pulsar Timing einzubeziehen&#8220;, sagt Adytia Parthasarathy vom MPIfR. Zusätzlich werden neue Daten des MeerKAT-Teleskops in Südafrika und des „Indian Pulsar Timing Array“ (InPTA), dem jüngsten Mitglied der IPTA, die zukünftigen Datensätze erweitern. &#8222;Der erste Hinweis auf einen Gravitationswellenhintergrund wäre so etwas wie das in unseren jetzigen Daten gesehene Signal. Mit mehr Daten in der Zukunft wird das Signal dann signifikanter werden und räumliche Korrelationen aufweisen, so dass wir wissen, dass es sich um das Signal eines Gravitationswellenhintergrunds handelt. Wir freuen uns sehr darauf, zum ersten Mal mehrere Jahre neuer Daten zum IPTA beizusteuern, um zu einer möglichen Entdeckung beizutragen&#8220;, sagt Dr. Bhal Chandra Joshi, Mitglied des „Indian Pulsar Timing Arrays“.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr12012022bNorbertTackenMPIfR2k.jpg" data-rel="lightbox-image-1" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr12012022bNorbertTackenMPIfR26.jpg" alt=""/></a><figcaption>Das 100-m-Radioteleskop des MPIfR bei Bad Münstereifel-Effelsberg ist Teil des IPTA-Radioteleskopnetzwerks im Rahmen des „Large European Array for Pulsars“ (LEAP). (Bild: Norbert Tacken/MPIfR)</figcaption></figure></div>



<p class="wp-block-paragraph">Kürzlich produzierte das European Pulsar Timing Array einen neuen Datensatz mit sechs Pulsaren, mit dem die Beobachtungszeit auf 24 Jahre mit empfindlicheren Daten erweitert werden konnte. Die Analyse erfolgte sowohl für die Suche nach einem gemeinsamen Signal über zwei unabhängige Datenanalysekanäle als auch für eine einzelne Studie zum Rauschen der Pulsare. Es wird weiterhin daran gearbeitet, die Anzahl der Pulsare auf mindestens 25 zu erhöhen. Dieser erweiterte EPTA-Datensatz wird dann auch Teil der nächsten IPTA-Datenkombination werden.</p>



<p class="wp-block-paragraph">In Anbetracht der zuletzt veröffentlichten Ergebnisse von den Einzelgruppen, die nun alle das gemeinsame Signal darstellen können, ist das IPTA optimistisch, was erreicht werden kann, wenn diese Daten wiederum in der nächsten Datenveröffentlichung (IPTA DR3) kombiniert werden. Die Arbeiten an dieser neuen Datenveröffentlichung, die aktualisierte Datensätze der vier Pulsar-Timing-Arrays des IPTA enthalten wird, sind bereits im Gange. Es ist davon auszugehen, dass die Analyse für die nächste Datenfreigabe innerhalb weniger Jahre abgeschlossen werden kann. &#8222;Wenn das Signal, das wir derzeit sehen, der erste Hinweis auf einen Gravitationswellenhintergrund ist, dann ist es auf der Grundlage unserer Simulationen möglich, dass wir in naher Zukunft genauere Messungen der räumlichen Korrelationen erhalten werden, die notwendig sind, um den Ursprung des gemeinsamen Signals eindeutig zu identifizieren&#8220;, sagt Dr. Maura McLaughlin von der NANOGrav-Kollaboration. &#8222;Das Ganze ist eine echte internationale Teamleistung. Allein die Forschergruppe bei uns am MPIfR besteht aus einer vielfältig zusammengesetzten Gruppe von jüngeren und älteren Wissenschaftlern mit ganz unterschiedlichem kulturellen Hintergrund, die alle am selben Ziel arbeiten&#8220;, schließt Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomische Fundamentalphysik“.</p>



<p class="wp-block-paragraph"><strong>Originalveröffentlichung</strong><br><a href="https://academic.oup.com/mnras/article/510/4/4873/6503453?login=false" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">The International Pulsar Timing Array second data release: Search for an isotropic Gravitational Wave Background</a><br>IPTA-Kollaboration: J. Antoniadis et al., 2022, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (DOI: <a href="https://academic.oup.com/mnras/article/510/4/4873/6503453?login=false" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">10.1093/mnras/stab3418</a>).<br><a href="https://arxiv.org/abs/2201.03980" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">The International Pulsar Timing Array second data release: Search for an isotropic Gravitational Wave Background</a><br>The IPTA collaboration: J. Antoniadis et al., 2022, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (<a href="https://arxiv.org/abs/2201.03980" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">arXiv link</a>)</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Autoren der Veröffentlichung sind J. Antoniadis, Z. Arzoumanian, S. Babak, M. Bailes, A.-S. Bak Nielsen, P. T. Baker, C. G. Bassa, B. Bécsy, A. Berthereau, M. Bonetti, A. Brazier, P. R. Brook, M. Burgay, S. Burke-Spolaor, R. N. Caballero, J. A. Casey-Clyde, A. Chalumeau, D. J. Champion, M. Charisi, S. Chatterjee, S. Chen, I. Cognard, J. M. Cordes, N. J. Cornish, F. Crawford, H. T. Cromartie, K. Crowter, S. Dai, M. E. DeCesar, P. B. Demorest, G. Desvignes, T. Dolch, B. Drachler, M. Falxa, E. C. Ferrara, W. Fiore, E. Fonseca, J. R. Gair, N. Garver-Daniels, B. Goncharov, D. C. Good, E. Graikou, L. Guillemot, Y. J. Guo, J. S. Hazboun, G. Hobbs, H. Hu, K. Islo, G. H. Janssen, R. J. Jennings, A. D. Johnson, M. L. Jones, A. R. Kaiser, D. L. Kaplan, R. Karuppusamy, M. J. Keith, L. Z. Kelley, M. Kerr, J. S. Key, M. Kramer, M. T. Lam, W. G. Lamb, T. J. W. Lazio, K. J. Lee, L. Lentati, K. Liu, J. Luo, R. S. Lynch, A. G. Lyne, D. R. Madison, R. A. Main, R. N. Manchester, A. McEwen, J. W. McKee, M. A. McLaughlin, M. B. Mickaliger, C. M. F. Mingarelli, C. Ng, D. J. Nice, S. Oslowski, A. Parthasarathy, T. T. Pennucci, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, N. S. Pol, N. K. Porayko, A. Possenti, S. M. Ransom, P. S. Ray, D. J. Reardon, C. J. Russell, A. Samajdar, L. M. Sampson, S. Sanidas, J. M. Sarkissian, K. Schmitz, L. Schult, A. Sesana, G. Shaifullah, R. M. Shannon, B. J. Shapiro-Albert, X. Siemens, J. Simon, T. L. Smith, L. Speri, R. Spiewak, I. H. Stairs, B. W. Stappers, D. R. Stinebring, J. K. Swiggum, S. R. Taylor, G. Theureau, C. Tiburzi, M. Vallisneri, E. van der Wateren, A. Vecchio, J. P. W. Verbiest, S. J. Vigeland, H. Wahl, J. B. Wang, J. Wang, L. Wang, C. A. Witt, S. Zhang, und X. J. Zhu.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die an der Veröffentlichung beteiligten Autoren mit Erst- oder Zweitaffiliation am MPIfR sind John Antoniadis, Ann-Sofie Bak Nielsen, David Champion, Gregory Desvignes, Yanjun Guo, Huanchen Hu, Ramesh Karuppusamy, Michael Kramer, Kejia Lee, Kuo Liu, Robert Main, Adytia Parthasarathy, Nataliya Porayko, und Joris Verbiest.</p>



<p class="wp-block-paragraph"><strong>Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:</strong></p>



<ul class="wp-block-list"><li><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=513.msg526166#msg526166" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal">Gravitationswellen</a></li></ul>
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			</item>
		<item>
		<title>Auf dem Weg zum Nachweis des Gravitationswellen-Hintergrunds im Nanohertz-Bereich</title>
		<link>https://www.raumfahrer.net/auf-dem-weg-zum-nachweis-des-gravitationswellen-hintergrunds-im-nanohertz-bereich/</link>
		
		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Wed, 27 Oct 2021 19:04:00 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>Das European Pulsar Timing Array markiert einen wichtigen Schritt nach vorn. Eine Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn. Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie. 27. Oktober 2021 &#8211; Die Forschungs-Kollaboration EPTA (das „European Pulsar Timing Array“) berichtet über das Ergebnis einer 24-jährigen Beobachtungskampagne mit den fünf größten europäischen Radioteleskopen, die zu einem möglichen Signal für den seit [&#8230;]</p>
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]]></description>
										<content:encoded><![CDATA[
<h4 class="wp-block-heading">Das European Pulsar Timing Array markiert einen wichtigen Schritt nach vorn. Eine Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size wp-block-paragraph">Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignleft size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr27102021MichaelKramerMPIfR.jpg" data-rel="lightbox-image-0" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr27102021MichaelKramerMPIfR26.jpg" alt=""/></a><figcaption>Künstlerische Darstellung des Ergebnisses der „European Pulsar Timing Array“-Beobachtungskampagne. Ein koordiniertes Netzwerk europäischer Radioteleskope beobachtet eine Reihe von Pulsaren, die über den Himmel verteilt sind. Anhand der gemessenen Variationen in der Ankunftszeit der von den Pulsaren ausgesandten Signale auf der Erde können die Astronomen winzige Schwankungen in der Raumzeit untersuchen. Solche Veränderungen aus ferner Vergangenheit in der Struktur der Raumzeit, die auch als Gravitationswellen bezeichnet werden, verbreiten sich noch immer im Universum. Sie gehen zurück auf eine Zeit, als Galaxien miteinander verschmolzen und die supermassereichen schwarzen Löcher in ihren Zentren einander mit einer Periode von nur wenigen Jahren umkreisten und dadurch Gravitationswellen erzeugten. (Bild: Michael Kramer/MPIfR)</figcaption></figure></div>



<p class="wp-block-paragraph">27. Oktober 2021 &#8211; Die Forschungs-Kollaboration EPTA (das „European Pulsar Timing Array“) berichtet über das Ergebnis einer 24-jährigen Beobachtungskampagne mit den fünf größten europäischen Radioteleskopen, die zu einem möglichen Signal für den seit langem gesuchten Gravitationswellenhintergrund (GWB) geführt hat, der von einander in geringem Abstand umkreisenden supermassereichen Schwarze Löchern in den Zentren von Galaxien erwartet wird. Die Kollaboration bringt Teams von Astronomen an den Instituten der großen europäischen Radioteleskope zusammen, darunter das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, sowie Forschergruppen, die auf die Datenanalyse und die Modellierung von Gravitationswellensignalen spezialisiert sind. Obwohl ein eindeutiger Nachweis damit noch nicht gelungen ist, so stellt es doch einen wichtigen Schritt im Bemühen dar, erstmals Gravitationswellen bei sehr niedrigen Frequenzen im Nanohertz-Bereich aufzuspüren. Das Auffinden des Signals ist das Ergebnis einer beispiellos detaillierten Analyse, bei der zwei unabhängige Methoden zum Einsatz kamen, und zeigt ebenfalls eine starke Ähnlichkeit mit den Ergebnissen der Analysen von anderen Teams.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Ergebnisse werden heute online in der Fachzeitschrift “<a href="https://academic.oup.com/mnras/article/508/4/4970/6410749?login=false" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">Monthly Notices of the Royal Astronomical Society</a>” veröffentlicht.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Das „European Pulsar Timing Array“ (EPTA) ist eine wissenschaftliche Kollaboration von Teams von Astronomen an den großen europäischen Radioteleskopen sowie weiterer Gruppen, die sich auf die Datenanalyse und die Modellierung von Gravitationswellensignalen (GW) spezialisiert haben. Sie hat eine detaillierte Analyse eines möglichen Signals für den seit langem gesuchten Gravitationswellenhintergrund (GWB) veröffentlicht, der auf supermassereiche Schwarze Löcher zurückzuführen wäre, die sich in geringem Abstand voneinander umkreisen und durch das Verschmelzen von Galaxien entstehen. Obwohl ein eindeutiger Nachweis damit noch nicht gelungen ist, stellt das aktuelle Resultat doch einen bedeutenden Schritt auf dem Weg dar, Gravitationswellen bei sehr niedrigen Frequenzen im Nanohertzbereich (das entspricht einer Größenordnung von nur einem Milliardstel Hertz!) endlich aufzuspüren. Das Kandidatensignal ist das Ergebnis einer beispiellos detaillierten Analyse unter Verwendung zweier unabhängiger Methoden. Darüber hinaus weist das Signal starke Ähnlichkeiten mit den Signalen auf, die bereits in den Analysen von anderen Teams gefunden wurden.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Dieses Ergebnis wurde möglich aufgrund eines Datensatzes, der über einen langen Zeitraum von 24 Jahren mit den fünf großen europäischen Radioteleskopen gesammelt wurde (vgl. Abb. unten). Dazu gehören das 100-m-Radioteleskop des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie bei Effelsberg, das 76-m-Lovell-Teleskop in Cheshire/Großbritannien, das Nançay-Teleskop für Dezimeterradiowellen in Frankreich, das 64-m-Radioteleskop bei Pranu Sanguni (Sardinien/Italien) sowie die 16 Antennen des Westerbork-Synthesis-Radioteleskops in den Niederlanden. Im Beobachtungsmodus des „Large European Array for Pulsars“ (LEAP) sind diese fünf Teleskope so miteinander verbunden, dass sie ein virtuelles voll bewegliches 200-m-Radioteleskop darstellen, mit dem die Empfindlichkeit des EPTA für Gravitationswellen erheblich verbessert wird.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die von den Magnetpolen der rotierenden Pulsare ausgehenden Strahlen werden als Pulse beobachtet, wenn sie die Sichtlinie zur Erde passieren, ähnlich wie beim Licht eines fernen Leuchtturms. Pulsar Timing Arrays (PTAs) sind Netzwerke von sehr stabil rotierenden Pulsaren, die als Detektoren für Gravitationswellen im galaktischen Maßstab eingesetzt werden. Sie sind insbesondere empfindlich für sehr niederfrequente Gravitationswellen im Milliardstel-Hertz- oder Nanohertz-Bereich. Dadurch wird das Beobachtungsfenster für Gravitationswellen von den hohen Frequenzen mit Hunderten von Hertz erweitert, wie es derzeit von bodengestützten Observatorien (LIGO, Virgo, KAGRA) beobachtet wird. Während deren Detektoren kurzzeitige Kollisionen von stellaren Schwarzen Löchern und Neutronensternen untersuchen, können mit den Pulsar Timing Arrays Gravitationswellen untersucht werden, wie sie von Systemen umeinander rotierender und langsam sich annähernder supermassereicher Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien ausgesandt werden. Die Addition der Gravitationswellen, die von einer kosmischen Population dieser Binärsysteme freigesetzt werden, bildet den Gravitationswellenhintergrund.</p>



<p class="wp-block-paragraph">&#8222;Wir können kleine Änderungen in den Ankunftszeiten der Radiosignale der Pulsare auf der Erde messen, die durch die Deformation der Raumzeit aufgrund einer durchlaufenden Gravitationswelle sehr niedriger Frequenz verursacht werden. In der Praxis zeigen sich diese Deformationen in der Raumzeit als Quellen eines sehr niederfrequenten Rauschens in der Reihe der beobachteten Ankunftszeiten der Pulse, ein Rauschen, das von allen Pulsaren eines Pulsar Timing Arrays gemeinsam erfasst wird&#8220;, erklärt Dr. Yanjun Guo, Forscherin am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Amplitude dieses Rauschens ist jedoch unglaublich winzig (schätzungsweise zwischen zehn und ein paar hundert Milliardstel Sekunden), und im Prinzip könnten viele andere Effekte ein entsprechendes Rauschen auf jeden einzelnen Pulsar im Pulsar Timing Array übertragen.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Zur Validierung der Ergebnisse wurden dann mehrere unabhängige Auswertungsprogramme mit unterschiedlichen statistischen Rahmen verwendet, um alternative Rauschquellen ausschließen zu können und nach dem Gravitationswellenhintergrund zu suchen. Wichtig ist, dass zwei unabhängige Verfahren im kompletten Verlauf der Analyse verwendet wurden, um eine gegenseitige Konsistenz zu gewährleisten. Zusätzlich wurden drei unabhängige Methoden verwendet, um mögliche systematische Effekte bei den Planetenparametern des Sonnensystems zu berücksichtigen, die in den Modellen zur Vorhersage der Impulsankunftszeiten verwendet werden. Sie stellen einen Hauptkandidaten für falsch-positive Gravitationswellen-Signale dar.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Analyse mit beiden Verfahren im Rahmen der EPTA-Beobachtungen ergab ein klares Kandidatensignal für einen Gravitationswellenhintergrund. Die ermittelten spektralen Eigenschaften (d.h. die Variation der Amplitude des beobachteten Rauschens mit der Frequenz) bleiben innerhalb der theoretischen Erwartungen für das erwartete Rauschen des Gravitationswellenhintergrunds.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Dr. Nicolas Caballero, Forscher am Kavli-Institut für Astronomy und Astrophysik in Peking und zweiter Autor der Studie, erklärt: &#8222;Mit dem European Pulsar Timing Array wurden in einem 2015 veröffentlichten Datensatz erstmals Hinweise auf ein solches Signal gefunden, aber da die Ergebnisse mit größeren statistischen Unsicherheiten behaftet waren, wurden sie nur streng als obere Grenzen diskutiert. Unsere neuen Daten bestätigen nun eindeutig das Vorhandensein dieses Signals und machen es zu einem Kandidatensignal für den Gravitationswellenhintergrund.&#8220;</p>



<p class="wp-block-paragraph">Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt eine ganz bestimmte Beziehung zwischen den Raumzeitverformungen voraus, die die Radiosignale von Pulsaren erfahren, die sich in verschiedenen Himmelsrichtungen befinden. Die Wissenschaftler bezeichnen dies als die räumliche Korrelation des Signals oder die sogenannte Hellings-Downs-Kurve. Ihr Nachweis kann das beobachtete Rauschen als eindeutig von einem Gravitationswellenhintergrund verursacht identifizieren. Dr. Siyuan Chen, Forscher am Laboratoire de Physique et de Chimie de l&#8217;Environnement et de l&#8217;Espace in Orleans, einer der beiden leitenden Autoren der Untersuchung, bemerkt dazu: &#8222;Im Moment erlauben es uns die statistischen Unsicherheiten in unseren Messungen noch nicht, das Vorhandensein der für das Gravitationswellen-Hintergrundsignal erwarteten räumlichen Korrelation zu identifizieren. Für eine weitere Bestätigung müssen wir eine noch größere Zahl von Pulsardaten in die Analyse einbeziehen, aber die aktuellen Ergebnisse sind bereits sehr ermutigend.&#8220;</p>



<p class="wp-block-paragraph">Das „European Pulsar Timing Array“ ist ein Gründungsmitglied des „International Pulsar Timing Array“ (IPTA). Da die Analysen unabhängiger Daten, die von den anderen Partnern in dieser Kooperation (d. h. den NANOGrav- und PPTA-Experimenten) durchgeführt wurden, ebenfalls auf ähnliche gemeinsame Signale hinwiesen, ist es von entscheidender Bedeutung, mehrere Analysealgorithmen anzuwenden, um das Vertrauen in eine mögliche zukünftige GWB-Entdeckung zu erhöhen. Die Mitglieder der internationalen Kooperation arbeiten zusammen und ziehen Schlussfolgerungen aus dem Vergleich ihrer Daten und Analysen, um sich so besser auf die nächsten Schritte vorzubereiten.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr27102021NorbertTackenMPIfRua.jpg" data-rel="lightbox-image-1" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/mpifr27102021NorbertTackenMPIfRua26.jpg" alt=""/></a><figcaption>Radioteleskope des EPTA-Netzwerks. Im Uhrzeigersinn von oben links: 100-m-Radioteleskop Effelsberg (Deutschland), Nançay-Radioteleskop (Frankreich), Jodrell-Bank-Teleskop (Großbritannien), Westerbork-Synthesis-Radioteleskop (WSRT, Niederlande), Sardinien-Radioteleskop (SRT, Italien). (Bild: Norbert Tacken/MPIfR (Effelsberg), Letourneur und Nançay Observatory (Nançay), Anthony Holloway (Jodrell Bank), ASTRON (WSRT), Gianni Alvito/INAF (SRT))</figcaption></figure></div>



<p class="wp-block-paragraph">Prof. Dr. Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und Mitglied der Leitungsgruppe des „European Pulsar Timing Arrays“, fasst zusammen: &#8222;Die Bestätigung des niederfrequenten Gravitationswellenhintergrunds im Nanohertzbereich, hervorgerufen durch eine Population von supermassereichen Schwarzen Löchern &#8211; oder eine andere kosmische Quelle – gibt uns einen einzigartigen Einblick in kosmologische Modelle, und zwar dadurch, dass wir den Prozess des Aufbaus der Galaxien, die wir heute beobachten, quantitativ stark einschränken können. Wir verstärken unsere Bemühungen, indem wir derzeit noch größere und bessere Datensätze analysieren, die es uns ermöglichen, mehr entsprechende Gegenkontrollen durchzuführen, so dass letztendlich kein Spielraum für möglich Fehler mehr bleibt.&#8220;</p>



<p class="wp-block-paragraph"><strong>Originalveröffentlichung</strong><br>Common-red-signal analysis with 24-yr high-precision timing of the European Pulsar Timing Array: Inferences in the stochastic gravitational-wave background search<br>S. Chen et al: 2021, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 27. Oktober 2021 (<a href="DOI: 10.1093/mnras/stab2833" data-wpel-link="internal">DOI: 10.1093/mnras/stab2833</a>).</p>



<p class="wp-block-paragraph">Die Autoren der Originalveröffentlichung umfassen S. Chen, R. N. Caballero, Y. J. Guo, A. Chalumeau, K. Liu, G. Shaifullah, K. J. Lee, S. Babak, G. Desvignes, A. Parthasarathy, H. Hu, E. van der Wateren, J. Antoniadis, A.-S. Bak Nielsen, C. G. Bassa, A. Berthereau, M. Burgay, D. J. Champion, I. Cognard, M. Falxa, R. D. Ferdman, P. C. C. Freire, J. R. Gair, E. Graikou, L. Guillemot, J. Jang, G. H. Janssen, R. Karuppusamy, M. J.Keith, M. Kramer, X. J. Liu, A. G. Lyne, R. A. Main, J. W. McKee, M. B. Mickaliger, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, N. K. Porayko, A. Possenti, A. Samajdar, S. A. Sanidas, A. Sesana, L. Speri, B.W. Stappers, G. Theureau, C. Tiburzi, A. Vecchio, J. P. W. Verbiest, J. Wang, L. Wang und H. Xu.</p>



<p class="wp-block-paragraph">Darunter sind folgende Autoren des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (Erst- oder Zweitaffiliation): Yanjun Guo, Kuo Liu, Kejia Lee, Gregory Desvignes, Aditya Parthasarathy, Huanchen Hu, John Antoniadis, Ann-Sofie Bak Nielsen, David Champion, Paulo Freire, Eleni Graikou, Jiwoong Jang, Ramesh Karuppusamy, Michael Kramer, Robert Main, Nataliya Porayku und Joris Verbiest.</p>



<p class="wp-block-paragraph"><strong>Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:</strong></p>



<ul class="wp-block-list"><li><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3406.msg520684#msg520684" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal"></a><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=18155.msg521551#msg521551" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal"></a><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=1170.msg521555#msg521555" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal"></a><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=1170.msg521555#msg521555" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal"></a><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=513.msg521641#msg521641" target="_blank" rel="noopener" data-wpel-link="internal"><a href="https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=513.msg521641#msg521641" target="_blank" rel="noopener">Gravitationswellen</a></a></li></ul>
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